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八、碳中和的目标下光伏玻璃轻薄化的必然趋势

作者:冯晨笛 来源: 日期:2021-05-06 人气:177

2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上表示,中国二氧化碳的碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取到2060年前实现“碳中和”。那么光伏作为碳中和最重要的一员,未来发展前景巨大。

传统的光伏组件采用厚玻璃(≥3.2mm)+背板的组合进行制作,但这种结构对电池的保护有限, 随着技术的发展,双面电池的产业化促进了双玻结构的异军突起,从2.5+2.5到现在2.0+2.0,甚至1.6+1.6都开始出现;更好的机械性能,更优的耐候性使得双玻开始逐渐取代单玻成为市场的主流。通过ITRPV的统计我们可以看出,双玻组件正在逐步取代单玻,越来越薄的玻璃将进入市场。

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从政策层面来看

十四五提出我国在2030年需要碳达峰,风电加光电需要装机1200GW,光伏行业至少需要600GW的装机量,但是去年原材的稀缺阻碍了行业的发展,光伏玻璃的产能严重不足的问题凸显,如果将常规3.2mm的玻璃减轻减薄,那么在相同的资源下我们可以生产更多的玻璃,从而缓解产能不足的问题。同时随着BIPV的兴起,超薄双玻对于屋顶组件的选择无疑是量身定做,因为在重量、成本基本相同的情况下,屋顶客户会更倾向于选择质保更长久的轻质双玻组件。因此,玻璃轻质化必定是光伏行业发展的趋势。 

从生产成本层面来看

众所周知,在玻璃生产过程中需要消耗巨大的能量,特别是在熔炼过程中,业内一般采取煤炭或者天然气, 对比3.2mm的玻璃,生产1.6mm的玻璃在相同能耗下,理论上可以多出接近2倍的产能,这就大大提升了玻璃的产能同时降低了单位产品的生产能耗(表1):

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在相同的原材料情况下,2.0mm玻璃比2.5mm玻璃成本节约20%,而1.6mm玻璃比2mm成本再节约20%,那么随着技术和生产工艺的不断成熟,薄玻璃的价格必然会随之下降。同时,由于厚度减薄重量减轻,在后道的包装、运输以及终端组件安装等阶段也能大大降低成本,相同装机量下运费将会得到10-20%的节省,这对供需双方均有显著的效益。因此,从生产和成本层面来看,光伏玻璃的轻薄化发展成为光伏行业发展的必然趋势。

从技术角度来看

众所周知,越薄的玻璃透光率越高, 对比2.0mm与2.5mm透光率将增加0.1%也就意味着组件功率会有0.1%的增益,这对于光伏组件是一笔非常大的增益。

而随着光伏技术的不断发展,硅片尺寸越来越大,对应的光伏玻璃的尺寸也同步变大,许多客户可能会对轻质玻璃的机械强度打上问号,但是通过大量实验数据发现,这些忧虑其实不用担心,对于2mm玻璃我们将玻璃分为72个点进行应力测试, 发现通过钢化炉玻璃钢化出来的应力比较均匀,没有出现短边应力差距过大的影响。                                    

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在组件层面,对2+2,1.6+1.6的双玻组件进行了载荷测试如下图:

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在带框情况下采用常规的安装方式,这两种厚度的双玻组件完全可以满足5400pa-2400pa的安装需求。

另外,对2+2和1.6+1.6带框组件也进行了冰雹测试,使用25mm的冰球在23m/s的速度下对组件进行冲击测试,测试结果:电池无隐裂,功率无衰减:

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业内龙头企业隆基乐叶推出的Hi-MO5系列双面双玻组件,采用2.0+2.0的玻璃搭配M10电池; 天合光能推出的至尊系列双面双玻组件采用2.0+2.0的玻璃搭配210大硅片电池; 这些超薄大板型的光伏组件都已通过了第三方认证机构的认证测试获得了证书,其中载荷测试均满足5400Pa的要求。

所以在技术层面上通过玻璃技术的升级以及边框的设计改良完全可以满足市场需求。

也有的人认为版型无止境的增大最终会对玻璃的机械强度产生很大的隐患,但是事实上根据人工搬运和安装的能力以及集装箱运输的容量,210版型组件已到达运输与人工搬运的极限。根据国际劳工组织的127号公约,人体负重运输的极限单人为25Kg,双人为35Kg(图1),以此反推,210版型组件需采用1.8mm以下厚度的玻璃才能符合人工的劳动标准。光伏组件并不会变大无止境,而行业要做的应该是进一步提升钢化技术做到更薄更轻。

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综上,我们认为在目前全球推进碳中和的大环境下,光伏行业作为实现这一目标的重要环节,光伏玻璃的轻薄化是势在必行的,应注重科技创新和研发投入,进一步提升薄玻璃的加工技术,促进行业往薄型化轻量化发展。玻璃变大的同时,其他方面也并非停滞不前,深加工的能力在强化,边框的力学设计在优化,不能以静止的观点来片面判断或因小失大。光伏玻璃减薄是社会发展需要,我们应该克服技术的瓶颈而非遇到困难就想着倒退。